Při použití odpadu k dalšímu zpracování je tedy nutné si uvědomit jeho původ a (mimo jiné) zejména jeho tepelnou historii a vystavení degradačním účinkům, které mají výrazný vliv na fyzikálně-mechanické vlastnosti odpadu a následně i na produkt, který z něho po recyklaci vznikne. Při drcení nebo regranulaci kompozitních materiálů s termoplastickou matricí a vyztužujícím plnivem (vláknitá plniva s poměrem délky k průměru větším než 10) je třeba pamatovat i na degradaci – zkrácení – vyztužujícího vláknitého plniva, u něhož průchodem přes drtič a regranulační zařízení dojde ke změně vyztužujícího poměru délky k průměru vláken, a tím ke snížení jejich vyztužujících schopností.
5
Z pohledu recyklace můžeme odpad rozdělit na dvě základní skupiny: • Drť (melivo, regenerát): materiál neprošel další teplotní degradací při regranulaci, byl pouze rozdrcen, problémem může být nestejná velikost drcených či mletých částic a určitý prachový podíl v melivu. • Regranulát: regenerát, který prošel tepelně-tlakovým zpracováním, regranulací na regranulát (míchací šnekový, vytlačovací stroj s granulační hlavou), přičemž do základního nadrceného (rozemletého) odpadu je možné při regranulaci přidávat různá aditiva – stabilizátory, maziva, retardéry, plniva, barviva apod.
Sušení Před mnoha hlavními technologickými způsoby výroby dílů z termoplastů je nutné granulát vysušit na výrobcem předepsaný obsah zbytkové vlhkosti. Voda absorbovaná v granulátu zhoršuje kvalitu povrchu, vytváří při odpařování povrchové vady výrobků, má za následek snížení mechanických vlastností, a to zejména u plastů, u nichž voda při zvýšené zpracovatelské teplotě způsobuje štěpení makromolekul – hydrolytickou degradaci. Mezi navlhavé termoplasty se řadí zejména PA – obsah zbytkové vlhkosti před zpracováním (podle výrobce konkrétního materiálu) má být pod 0,30 % až 0,10 %. Dále je to PC, PC/PBT, PC/ABS, PC/PET, PET, PBT atd., s požadavkem na maximální obsah zbytkové vlhkosti před zpracováním pod 0,02 %. Doba sušení je závislá i na charakteru spojení vlhkosti s materiálem. Voda může být vázána k materiálu buď přilnavostí (povrchová vlhkost), nebo kapilárními silami, potom je obsažena v mikrokapilárách v objemu materiálu, v objemu zpracovávaných granulí. Povrchovou vlhkost je samozřejmě nutné před zpracováním příslušného granulátu odstranit i z nenavlhavých materiálů, jako jsou například polyolefiny (PP, PE). Pro sušení granulátů je k dispozici řada sušicích zařízení, které pracují na různých principech – sušení mokrým ohřátým vzduchem, který je nasáván z okolí sušicího zařízení, sušení suchým vzduchem, který byl zbaven vlhkosti a ohřátý na pracovní teplotu, sušení přetlakové, sušení podtlakové apod. Nejčastěji se používají sušárny pracující se suchým ohřátým vzduchem (s molekulovým sítem1 nebo voštinovým segmentovým kotoučem). Princip sušení je zřejmý z obrázků 5.2 a 5.3.
1 Molekulové
síto je název pro některé hlinitokřemičitany, které mají v krystalické mřížce až 50 % dutin, mohou tak sloužit jako adsorbenty. Adsorbent je granulovaná tuhá pórovitá látka schopná vázat některé látky z kapalných nebo plynných směsí, stěny pórů adsorbentu mají velký tzv. vnitřní povrch, na němž se molekuly látek majících k těmto povrchům afinitu (vzájemný vztah) zachycují.
98 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS505723
5 Výrobky z plastů – zpracovatelské technologie
Obrázek 5.2 Sušárna granulátu s nuceným oběhem a s dvoupatronovým molekulovým sítem, pod vakuem – sušení suchým vzduchem, rosný bod 2 −40 °C, teplota sušení vzduchu 130 °C až 180 °C, sušený granulát je suchým vzduchem ohříván z povrchu dovnitř, což v granulích vyvolá tlak, jenž z nich vytlačuje vlhkost, kterou nucený oběh vzduchu odvádí k ohřevu a zbavení se vlhkosti. Molekulové síto (vpravo) je volně sypané v zásobníku a může zde v čase degradovat, rozpadat se na prach a ztrácet tak účinnost. Uvedený problém řeší sušárna s voštinovým, segmentovým kotoučem (viz obrázek 5.3). Postup sušení: vzduch se zbaví vlhkosti na hodnotu rosného bodu, standardně −40 °C (−60 °C), ohřeje se na sušicí teplotu a v sušicím silu odebere z granulátu vnitřní vlhkost, případně i vlhkost povrchovou. Molekulové síto se musí pro další sušicí cyklus regenerovat: 1 – granulát; 2 – mikrofiltr; 3 – vakuové dmychadlo; 4 – procesní pohlcovač vlhkosti; 5 – regenerační topení 1; 6 – regenerační topení 2; 7 – regenerační pohlcovač vlhkosti; 8 – přesuvné šoupě; 9 – ohřev procesního vzduchu; 10 – vakuový adaptér pro odvod vysušeného granulátu
2 Rosný
bod, teplota rosného bodu je teplota, při níž je vzduch maximálně nasycen vodními parami (relativní vlhkost vzduchu dosáhne 100 %), pokud teplota klesne pod tento bod, nastává kondenzace, tedy zkapalnění vodních par. VSTŘIKOVÁNÍ PLASTŮ 2 TEORIE A PRAXE
99 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS505723
5
Obrázek 5.3 Sušárna granulátu s nuceným oběhem a rotujícím voštinovým, segmentovým kotoučem, pod vakuem – sušení suchým vzduchem, rosný bod −40 °C, teplota sušení vzduchu 130 °C až 180 °C. Voštinový kotouč je v podstatě slisované molekulové síto (snížení možnosti degradace), princip sušení je stejný jako u sušení s molekulovým sítem: 1 – procesní vzduchové čerpadlo; 2 – regenerační topení; 3 – výměník tepla; 4 – zpětný vzduchový filtr; 5 – regenerační fáze; 6 – chladicí fáze; 7 – granulát; 8 – ohřev procesního vzduchu; 9 – vakuový adaptér pro odvod vysušeného granulátu
Druhým, rychle se rozšiřujícím způsobem sušení je sušení vakuové, kdy granulát není sušen v proudu suchého vzduchu, ale je sušen v podtlaku. Sušárna připravuje vysušený materiál průběžně, online. Pro vysvětlení rozdílu mezi sušením s využitím molekulárního síta a sušením vakuem uvedu několik teoretických poznatků. Jak známo, voda se dostává do varu při 100 °C, přičemž uvedená teplota platí pouze na úrovni hladiny moře (tedy při atmosférickém tlaku 1 bar, respektive při 760 mm výšky rtuťového sloupce). Pokud je voda umístěna v prostředí o nižších tlacích než je 760 mm rtuťového sloupce, bod varu vody se snižuje. Je-li voda vystavena podtlaku 635 mm rtuťového sloupce, její bod varu bude 56 °C. Bylo zjištěno, že ohřejeme-li termoplastický materiál na teplotu 71 °C a větší a zároveň ho vystavíme vakuu 635 mm rtuťového sloupce, vodní páry uzavřené ve vnitřním objemu granulí (o vnějším povrchu to samozřejmě platí také) se dostávají do varu. Protože v okolním prostředí granulátu je podtlak, odvádí se vodní páry a vlhkost mimo granule a tento odvod je podstatně kratší než při sušení pomocí molekulového síta. Jak již bylo řečeno, při sušení suchým vzduchem je kinetika sušení dána rozdílem parciálních tlaků suchého vzduchu obklopujícího granulát a par na povrchu granulí (v mezní vrstvě), které byly vytlačeny z jejich pórů. Důvod rychlejšího sušení s využitím podtlakové sušárny je možné zjednodušeně vysvětlit i takto – parciální tlak (tlak složky směsi plynů a par) suchého vzduchu při teplotě 80 °C a rosném bodu −40 °C je 190 Pa. Pokud bude na povrchu granulátu, v mezní vrstvě relativní vlhkost 100 % (vrstva je zcela nasycena vodní parou), bude zde při 80 °C parciální tlak 47 360 Pa, a tedy rozdíl tlaků bude v tomto ideálním případě 0,47 bar. Vakuové sušárny pracují s podtlakem 635 mm, což je 0,85 bar. Rozdíl mezi tlakem 0,47 bar a 0,85 bar je cca 81 %, tudíž vakuové sušárny jsou při sušení podstatně rychlejší (typicky cca 6×) než sušárny s molekulovými síty.
100 Ukázka elektronické knihy